大型45钢连杆热处理工艺改进 - 文章

大型45钢连杆热处理工艺改进

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我厂生产的一种45钢中速船用柴油机连杆，杆身截面Ф90mm，锻件重量145kg，是我厂目前锻造生产的最重的连杆。热处理后经中国船级社(CCS)产品检验时，在Ф90mm杆身截面1/2R处取样进行检测，其性能要求为：σb≥600MPa；σs≥300MPa；δ5≥16％；Ф≥40％；Aku5≥20J；硬度：162～217HBS。

45钢是一种典型的中碳优质碳素结构钢，通过调质处理可得到强度与韧性配合比较好的综合力学性能，因此广泛应用于中小型机器零部件的制造。而另一方面，45钢用于大中型零件的制造时，由于受到淬透性的影响，通常性能要求不高。

1．批量生产中存在的问题

(1)对于该连杆锻件，我厂最初采用850℃正火喷雾风冷+550～590℃回火工艺进行热处理。装炉设备为9.65m³。天然气加热台车炉，装炉量≤48件。每个熔炼炉号的连杆锻件，配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm)，同炉进行热处理。台车两侧配8台大功率风机，进行喷雾风冷，时间为1～1.5h。

热处理完成后，再对连杆杆身试棒解剖取样进行性能试验(试验数据见表1)。数据显示，性能试验结果未能达到技术要求。经提高回火温度返工回火后，由于连杆综合性能小高，强度富余量不大，虽然冲击功提高，达到了技术要求，但却降低了连杆强度指标，仍然达不到技术协议要求，从而导致连杆热处理返工率极高。

表1 经850℃正火喷雾风冷+550～590℃回火后性能数据

(2)鉴于连杆正火热处理返工率高，我厂将连杆改为850℃油冷+620～640℃回火工艺进行调质处理。淬火介质为N32全损耗系统用油，淬火冷却时间为15～20min。装炉设备改为5.77m³。天然气加热台车炉，每炉装炉量≤20件，每个熔炼炉号的连杆锻件，配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm)，同炉进行热处理。

热处理完成后，对仟身试棒解剖取样，进行性能试验，性能数据见表2。经性能试验，出现部分炉号连杆锻件，其强度、硬度偏高，冲击功低于20J，不能达到技术要求的现象。后又对未达到技术要求的连杆锻件，采用提高回火温度至690～700℃，同时延长回火保温时间进行返工回火，但冲击功仍低于20J，达不到技术要求。

表2 经850℃淬火油冷+630～690℃回火后性能数据

2．原因分析

针对在上述两种热处理方式下，连杆热处理均出现大批量返工的情况，我们从连杆的原材料化学成分、45钢材料特性、热处理装炉方式及冷却方式进行分析，查找原因。

(1)正火热处理后，返工的连杆锻件，含碳量(质量分数)均在0.42％～O.46％的范围内。由于含碳量低，再加上装炉量大、喷雾风冷效果不好，经正火并高温回火处理后，锻件不能获得较高的强度和韧性。因此出现了在提高冲击功指标后，强度指标达不到技术要求的情况。

(2)调质热处理返工的连杆锻件，含碳量(质量分数)均在0.46％～0.50％的范围内。由于含碳量高，使45钢Ac3点降低。特别是ωc=0.47％～O.49％时，Ac3点存在马鞍形的异常下降现象。此时如果仍采用860℃淬火，由于淬透性的提高，锻件抗回火性较好，即使提高回火温度和延长回火保温时间，也无法降低强度、硬度，提高连杆冲击值。

3．解决方案

(1)根据以上原因分析，我们选取含碳量(质量分数)为0.42％～0.45％和0.47％～0.50％的两组连杆杆身试棒，分别进行调质和正火热处理工艺试验。热处理工艺试验曲线见图1、图2。

图1 正火+高温回火工艺曲线

图2 调质热处理工艺曲线

对热处理工艺试验处理的连杆杆身试棒，取样进行性能试验，各项指标均达到技术要求。数据见表3。

表3 连杆杆身试棒热处理工艺试验数据

(2)根据热处理工艺试验数据，我们对该连杆热处理工艺进行改进。参照45钢原材料入厂复验结果，进行定碳分组：①对碳量(质量分数)在0.42％～0.45％范围内的连杆锻件，采用调质热处理工艺；淬火介质仍为N32全损耗系统用油，增强淬火介质的循环搅拌能力，提高连杆锻件的淬透性。②对于碳量(质量分数)在0.46％～O.50％范围内的连杆锻件，采用850℃正火喷雾风冷+590℃回火进行热处理；改进装炉方式，连杆锻件大小头分层摆放，层间用垫铁隔开，最大装炉量由48件减少至36件；同时将两侧风机高低错位摆放，提高喷雾风冷的效果，使锻件冷却更均匀。

经改进后，喷雾风冷效果大大提高，喷雾风冷时间也缩短至40～60min。

4．连杆热处理工艺改进后效果

通过对该连杆热处理工艺的改进，热处理返工率大大降低。改进后，已完成连杆锻件共16炉次，300余件经热处理，热处理质量稳定。其性能数据见表4、表5。

表4 经正火喷雾风冷+高温回火后性能数据

表5 经调质处理后性能数据

为了进一步验证热处理工艺，我们抽取正火+高温回火处理(编号4-123-1、4-118-2、4-124-2)和调质处理(编号4-116-1)冲击试样进行金相分析。分析结果见表6。金相组织分别如图3～6所示。

表6 连杆金相组织及晶粒度

5．结语

(1)通过对大型45钢连杆热处理工艺改进，热处理返工率大大降低，提高了连杆锻件船检的一次合格率，同时有效地保证了连杆热处理质量和综合力学性能。

(2)该连杆热处理工艺的改进，对于综合性能要求较高的大型45钢产品的热处理生产，具有较高的推广价值。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/25/2008)


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